[发明专利]基于空间谱全息存储的激光干涉测距系统

说明书

技术领域

本发明主要涉及光子晶体上的空间谱全息存储处理技术的一种激光干涉测距技术，尤其是运用将回波光束与参考波束干涉的空间谱全息存储在光子晶体中，通过线性调频的读取光束获取和处理该空间谱的一种激光干涉测距系统。

背景技术

激光测距原理是利用激光器向目标发射激光脉冲束，通过测量激光脉冲束到达目标并由目标返回到接收望远镜的往返时间或相位，来计算出目标的距离。与传统的测距技术相比，激光测距技术具有测量精度高、准直性好、抗干扰能力强等一系列优点，已经被广泛应用于遥感、精密测量、工程建设、安全监测和智能控制等领域，起着极为重要的作用。

根据测量回波时间方式的不同，可可将激光测距系统分成两种类型：脉冲式和连续式。脉冲式激光测距方法较为简单，体积、重量都不大，目前军用的激光测距仪以脉冲式居多，由于获得稳定频率信号还有很大的困难，因此很难实现1m以下的距离分辨率。连续式激光测距系统一般是基于干涉测量技术的一种精度更高的测距系统，其距离分辨率一般都在1m以下，具有巨大的发展空间。但由于系统相对复杂，技术不是十分成熟，还没有广泛的在工程中采用。

激光干涉测量技术广泛应用于高精度测量领域，通过光束分离器把一束光分成两束，一路通过已知的距离形成参考光束，一路入射到测量目标反射后形成测量光束，干涉后通过探测器探测两束光干涉强度，干涉强度里面包含了与光程差相关的相位信息，通过测量相位就可以得到目标的距离信息。

空间谱全息存储技术主要是采用光子晶体在某些特定波段范围内的光谱烧孔效应来实现的：在某些光子晶体物质中存在着一组能级包含一个基态与一个受激态，在其间有一介稳态的能阶，当有入射光将电子由基态激发至受激态时，受激发的电子会在几个皮秒的时间内跃迁到亚稳态。在经过约长达几个毫秒后，电子才会回到基态并释放出波长与入射光波长相近的光子。而在该物质的吸收/穿透光谱上在特定的波长附近便会形成一个空区意味着该特定波长的光无法通过。当一束强的单频激光通过这种光子晶体时，它可以选择性地将一群与共振频率相对应的原子激发至饱和状态，这时若有另一束频率扫描的弱探测光通过该介质，则在它的吸收光谱的相应位置上将出现一个凹陷。

本发明中通过将难以处理的高带宽高频率的含有目标距离信息的干涉空间谱全息存储在光子晶体中，通过采用一束线性调频读取光束，将光子晶体中存储的空间谱信息以时域的形式读取处理，经过处理即可获得高精度的距离分辨率探测结果。

发明内容

本发明提出了一种新型的基于空间谱全息存储的激光干涉测距系统：具有高达数十GHz的工作带宽，但却可以用很低带宽的光子探测器来提取所需的目标距离信息；利用光子晶体进行光信息处理，可极大降低测距系统对硬件计算能力的要求；本发明系统具有很高的工作频率和工作带宽，因此相对传统脉冲激光测距，本发明具有更高的距离分辨率，可广泛应用于遥感、精密测量、工程建设、安全监测和智能控制等领域。在本发明中：发射端激光器发出的光束被分成两束，一束作为参考光束，另一束通过发射望远镜作为探测光束；探测光束照射目标后散射和反射的回波光束与参考光束相干的空间谱在光子晶体上全息存储为衍射光栅；随后利用另一个线性调频的激光频率扫描光束照射光子晶体以读取衍射光栅中包含的目标距离信息，即经光子晶体的衍射光束中含有目标距离信息；衍射光束最后通过零外差探测技术被光子探测器探测出来；此时，光子探测器的输出的时域信号为光子晶体中所存在的干涉谱，对探测的时域信号进行傅里叶变换后即可提取出目标反射回波的延时以实现测距。

本发明主要采光子晶体实现对空间谱全息存储的激光干涉测距系统，具体采用如下技术方案：

发明提出如图1所示的基于空间谱全息存储的激光干涉测距系统，其基本思想是利用光子晶体对来自目标的回波光束与参考光束干涉的空间谱全息存储，然后利用一束线性调频的频率扫描读取光束对存储在光子晶体中的空间谱以时域的形式读取出来，并利用零外差探测技术转换为电信号，并对其进行傅里叶变换以提取回波光束的延时，从而获得目标的探测距离。所述的基于空间谱全息存储的激光干涉测距系统包括激光发射与接收子系统，含有光子晶体的空间谱全息存储子系统，线性调频调制的激光扫描读取子系，以及光子探测处理子系统组成。

在本发明中，系统各个部分说明如下：